Hướng dẫn Trung cấp về Công nghệ Hạt

Intermediate guide to particle technology

Trong "Hướng dẫn Trung cấp về Công nghệ Hạt", bạn sẽ tìm hiểu về tầm quan trọng của kích thước hạt đối với quá trình sản xuất. Bạn cũng sẽ tìm hiểu về:

• Phân phối hạt. Đọc về các quy luật áp dụng cho sự phân tán hạt.
• Cơ học hạt. Các xu hướng nào mà hạt thể hiện?
• Phát hiện hạt. Máy đếm hạt sử dụng các phương pháp tinh vi để sản xuất dữ liệu.
• 
  

Hạt / Particle

Kích thước

Các hạt lớn hơn 100 µm thông thường không có mặt trong hầu hết các quy trình sản xuất hiện đại vì chúng dễ dàng được lọc ra. Các hạt nhỏ hơn 0.01 µm hiện tại không được quan tâm vì chúng quá nhỏ để gây hại. Ngoài ra, Tổ chức Tiêu chuẩn Hóa quốc tế (ISO) 14644-1 không cung cấp phân loại cho các hạt nhỏ hơn 0.1 µm (gọi là hạt cực mịn) hoặc lớn hơn 5.0 µm (gọi là hạt macro).

Tùy thuộc vào quá trình sạch, hạt có kích thước cụ thể có thể gây hại.

• Công nghiệp bán dẫn: Hạt cỡ sub-micron có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ mạch tích hợp hoạt động (còn được gọi là chip).
• Công nghiệp ổ đĩa: Hạt có thể hỏng đầu đọc/ghi.
• Ngành dược phẩm: Hạt có thể ảnh hưởng đến chất lượng của các sản phẩm tiêm và cấy ghép.

Chúng tôi dựa vào bộ lọc để loại bỏ hầu hết ô nhiễm hạt, biết kích thước hạt liên quan giúp bạn mua bộ lọc để loại bỏ ô nhiễm và tăng năng suất.

Phân phối

Các hạt trong không khí và lỏng trong điều kiện lọc môi trường đều tuân theo một phân phối kích thước chung. Phân phối hạt trong không khí tuân theo tiêu chuẩn phòng sạch ISO 14644, giả định Phân phối Luật Lực. Phân phối Luật Lực tương quan dữ liệu từ một kênh kích thước hạt này sang kênh tiếp theo. Vẽ dữ liệu trên đồ thị trục XY tiêu chuẩn tạo ra một đường giảm dần theo hàm mũ. Xem ĐỒ THỊ 1. Tương tự, nếu được vẽ trên đồ thị log-log, dữ liệu sẽ tạo ra một đường thẳng. Xem ĐỒ THỊ 2.

Các nghiên cứu hạt tiếp theo đã chỉ ra phân phối cho các hạt trong không khí tỷ lệ với 1/(đường kính)^2.1. Phân phối hạt trong lỏng dao động từ 1/(đường kính)^2 đến 1/(đường kính)^4.5, nhưng 1/(đường kính)^3 được chấp nhận phổ biến cho hầu hết phân phối lỏng môi trường.

Ví dụ công thức:

(20)* [1/(0.5 µm/2.0 µm)3] 1280 particles > 0.5 µm

The drinking water contains 20 particles/mL > 2.0 µm and 1280 particles/mL > 0.5 µm.

Ví dụ này minh họa cách sử dụng Phân phối Luật Lực để ước lượng số lượng hạt trong mẫu dựa trên kích thước của chúng. Công thức Phân phối Luật Lực, trong trường hợp này, giúp dự đoán số lượng hạt nhỏ hơn trong một mẫu khi biết số lượng hạt lớn hơn.

Cho trước:

• Mẫu nước uống có 20 hạt/mL lớn hơn 2.0 µm về kích thước.

Để tìm:

• Số lượng hạt trên mỗi mL lớn hơn 0.5 µm, sử dụng công thức Phân phối Luật Lực cho phân phối hạt lỏng, trong trường hợp này là 1/(đường kính)^3.

Áp dụng công thức:

1. Tính tỷ lệ của các đường kính (0.5 µm / 2.0 µm).
2. Nâng tỷ lệ này lên lũy thừa -3 (do công thức phân phối 1/(đường kính)^3).
3. Nhân kết quả với số lượng hạt đã biết (20 hạt/mL > 2.0 µm) để ước lượng số lượng hạt > 0.5 µm.

Phương pháp này được sử dụng để tính toán nồng độ hạt nhỏ hơn dựa trên nồng độ hạt lớn hơn đã biết, sử dụng nguyên tắc rằng hạt nhỏ hơn nhiều hơn trong một dung dịch lỏng, tuân theo một quy luật phân phối cụ thể.
 

2. Một số máy đếm hạt đếm mọi hạt trong mẫu phương tiện. Những loại này được gọi là máy đếm hạt thể tích. Ngược lại, máy đếm hạt không thể tích không đếm mọi hạt trong một thể tích. Những máy đếm hạt này lấy mẫu một phần của tổng thể tích và sử dụng dữ liệu này để suy luận kết quả cho một đơn vị thể tích (ví dụ, đếm/trên mỗi foot khối hoặc đếm/mL). Máy đếm hạt cần lấy mẫu đủ phương tiện (không khí, lỏng hoặc khí) để đại diện thống kê cho toàn bộ thể tích. Điều này được gọi là ý nghĩa thống kê và là một biểu đạt hợp lệ của toàn bộ thể tích.

 

Các kênh của máy đếm hạt được thiết lập dựa trên một tiêu chuẩn kích thước hạt. Thực tế, tiêu chuẩn hạt hiếm khi có kích thước chính xác trong một kênh kích thước cụ thể. Lấy ví dụ về hạt 0.3 µm, hầu hết hạt lớn hơn hoặc nhỏ hơn chính xác 0.3 µm. Chúng ta gọi 0.3 µm là kích thước danh nghĩa của hạt vì nó thuận tiện (thay vì gọi chúng, ví dụ, là hạt 0.2547 µm đến 0.3582 µm).

Nếu bạn đo chính xác một số lượng hạt có kích thước danh nghĩa 0.3 µm và vẽ kết quả, nó sẽ giống như ĐỒ THỊ 3. Đồ thị minh họa phân phối Gaussian, với hạt tập trung danh nghĩa ở 0.3 µm. Trong máy đếm hạt, các hạt nhỏ hơn kích thước danh nghĩa sẽ được đếm trong thùng kích thước hạt thấp hơn; hạt bằng hoặc lớn hơn kích thước danh nghĩa sẽ được đặt trong thùng đó.

Hướng dẫn xử lý máy đếm hạt

Đầu tiên, luôn đọc hướng dẫn sử dụng của máy đếm hạt, vì sách hướng dẫn cung cấp thông tin lý tưởng cho việc vận hành máy đếm hạt. Đừng bỏ túi nhựa bảo vệ máy đếm hạt cho đến khi sẵn sàng sử dụng trong môi trường nơi nó sẽ được sử dụng. Điều này sẽ giảm thiểu sự tiếp xúc của máy đếm hạt với bụi và ẩm ướt, làm ô nhiễm các bề mặt quang học. Giữ khu vực lắp đặt không bị rung động và tiếng ồn điện từ các thiết bị khác và ở nhiệt độ phòng bình thường (70°F/21°C). Xả bất kỳ hóa chất ăn mòn nào, thay thế bằng dung dịch chống đóng băng của nước rửa kính và gói máy đếm hạt trong túi nhựa có niêm phong và nhãn. Nhãn nên liệt kê: loại, ngày, lý do lưu trữ, số sê-ri và ngày đến hạn hiệu chuẩn. Giữ một hồ sơ cho thấy ngày thiết bị được đưa vào sử dụng. Những thứ như ngày đến hạn hiệu chuẩn, thời gian sử dụng, ngày bảo dưỡng phòng ngừa (làm sạch quang học, v.v.), hư hại và bất kỳ hiệu suất bất thường nào đều quý giá để ghi chép.
 

Bảo dưỡng

Máy đếm hạt cần bảo dưỡng định kỳ và đối với máy đếm hạt lỏng, điều này thường bao gồm việc làm sạch các bề mặt quang học. Theo thời gian, các bề mặt quang học tích tụ bụi làm tán xạ ánh sáng laser; trong máy đếm hạt lỏng, điều này được gọi là ánh sáng DC. Ánh sáng DC là một phép đo dòng điện trực tiếp (DC) tương quan với lượng ánh sáng laser tán xạ đi qua chất lỏng hoặc bề mặt chứa. Ánh sáng DC quá mức có thể dẫn đến giảm độ nhạy và/hoặc đếm hạt sai.

Để tránh vấn đề này, hãy làm theo hướng dẫn đi kèm với máy đếm hạt của bạn, vì với hầu hết các dụng cụ lỏng, việc làm sạch phải được thực hiện bởi người dùng. Cẩn thận tuân theo hướng dẫn, và nếu bạn không chắc chắn về những gì bạn đang làm, đừng tiến hành. Liên hệ với nhà sản xuất để được hướng dẫn thêm.
 

Hóa chất ăn mòn và ống dẫn

Đếm các hạt lơ lửng trong chất lỏng, đặc biệt là các chất lỏng ăn mòn, yêu cầu sử dụng máy đếm hạt có các bề mặt tiếp xúc với chất lỏng không bị hòa tan hoặc giải phóng khí độc khi lấy mẫu hóa chất ăn mòn.

Tính tương thích hóa học

Trước khi bạn đưa bất kỳ hóa chất nào vào máy đếm hạt lỏng, hãy xem xét những điểm quan trọng sau:

• Đảm bảo hóa chất tương thích với các bề mặt tiếp xúc với chất lỏng của máy đếm hạt, máy lấy mẫu lỏng và tất cả ống dẫn phụ trợ (bao gồm cả ống dẫn của công cụ).
• Đảm bảo hóa chất không phản ứng với bất kỳ chất cặn hóa học nào từ mẫu trước đó.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào liên quan đến tính tương thích hóa học, vui lòng liên hệ với nhà sản xuất máy đếm hạt.

Máy đếm hạt khí

Máy đếm hạt khí xác định độ tinh khiết của các loại khí, cả khí trơ và khí phản ứng. Một máy đếm hạt khí là một loại máy đếm hạt không khí chuyên biệt đếm hạt dưới áp suất. Một số máy đếm hạt khí có thể lấy mẫu ở áp suất được điều chỉnh (lên đến 150 psi), trong khi những loại khác phù hợp với áp suất đường ống giảm.

Máy đếm hạt khí so với máy đếm hạt không khí với HPD

Khi quyết định sử dụng máy đếm hạt khí áp suất cao hay máy đếm hạt không khí với bộ giảm áp suất cao, xem xét những điểm sau:

• Chi phí của khí (HPD tiêu thụ nhiều khí hơn nó phân tích)
• Lấy mẫu khí phản ứng hay khí trơ; khí phản ứng yêu cầu một máy đếm hạt khí
• Tốc độ dòng mẫu mong muốn
• Kích thước thiết bị (do ống dẫn nội bộ, máy đếm hạt khí lớn hơn máy đếm hạt không khí)
• Kích thước hạt/độ nhạy của thiết bị
• Tùy chọn hiển thị dữ liệu

Nhà sản xuất máy đếm hạt có thể cung cấp gợi ý về lựa chọn đúng cho ứng dụng khí áp suất của bạn.

Tích hợp dữ liệu

Phần này mô tả cách các công nghệ phát hiện hạt làm việc cùng nhau để quản lý ô nhiễm.

Hệ thống giám sát cơ sở

Hệ thống giám sát cơ sở (FMS) cung cấp dữ liệu liên lạc cho tất cả máy đếm hạt, máy lấy mẫu, bộ chia, cảm biến môi trường và các thiết bị đánh giá vi ô nhiễm khác. FMS thu thập dữ liệu hạt và liên kết dữ liệu với các sự kiện, như mở cửa hoặc van, sự cố bộ lọc hoặc vấn đề dòng chảy.

Kết luận

Có một loạt các lựa chọn máy đếm hạt tùy thuộc vào nhu cầu ứng dụng và ngân sách của bạn. Công nghệ đếm hạt có thể giúp bạn giải quyết các vấn đề ô nhiễm trong không khí, chất lỏng và khí.

Về Particle Measuring Systems

Là một nhà lãnh đạo công nghệ toàn cầu trong ngành giám sát môi trường, Hệ thống Đo lường Hạt, một công ty của Spectris, là nhà phát minh của máy đếm hạt laser và là nhà sản xuất máy đếm hạt lớn nhất thế giới. Bất kể ngành công nghiệp hay yêu cầu giám sát, chúng tôi giúp các nhà sản xuất đo lường những gì quan trọng.